甘肅天山小隴山日本落葉松人工林夏季土壤真菌生態(tài)分布與多樣性研究

甘肅天山小隴山日本落葉松人工林夏季土壤真菌生態(tài)分布與多樣性研究

落葉松是中國(guó)東北最重要的造林樹種，也是北方針葉樹種類中最快速、最豐富的樹種之一。然而，日本落葉松人工林的地土壤肥力和植被條件的問題長(zhǎng)期困擾著我們。因此，許多科學(xué)家從不同的角度和角度研究了日本落葉松人工林的土壤肥力和植被，但日本落葉松土壤微生物的變化和土壤肥力的影響研究甚少。土壤是微生物生活最適宜的環(huán)境,它具有微生物所需要的一切營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物進(jìn)行繁殖及生命活動(dòng)的各種條件,植被凋落物和動(dòng)物殘?bào)w90%以上都是由微生物分解來完成,在土壤物質(zhì)循環(huán)分解和轉(zhuǎn)化中起著決定性作用。不同的植被類型提供的物質(zhì)基礎(chǔ)差異可直接影響微生物種群數(shù)量的變化,同時(shí)亦影響土壤的物理化學(xué)性質(zhì)和養(yǎng)分?jǐn)?shù)量,造成土壤生產(chǎn)力的差異。許多研究表明,土壤微生物能較早地預(yù)測(cè)土壤質(zhì)量的變化,是土壤質(zhì)量變化最敏感的指標(biāo),也是土壤健康的決定性因素。Pankhurst等認(rèn)為一些土壤微生物功能組、微生物群體結(jié)構(gòu)及功能多樣性、土壤酶、微動(dòng)物區(qū)系的功能多樣性和植物生長(zhǎng)等均可看作最有潛力的生物指標(biāo)。利用生物指標(biāo)指示土壤質(zhì)量或土壤健康已成為今年來國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。土壤真菌廣泛存在于土壤環(huán)境中,在土壤肥力中具有重要地位,土壤真菌多樣性是生物多樣性的重要組成部分,其作用是降解有機(jī)質(zhì),釋放營(yíng)養(yǎng)和微量元素,承擔(dān)著一系列重要的生態(tài)功能,是參與土壤有機(jī)物質(zhì)分解過程的主要成員,并與土壤中營(yíng)養(yǎng)和碳循環(huán)過程緊密相關(guān),對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化發(fā)展起著重要作用,它能分解纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、單寧等化合物,在森林土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化中占有重要的位置,除此之外土壤真菌還能更有效的分解眾多難分解的凋落物,但是土壤真菌的作用并非都對(duì)人類有益,它所造成的土壤病害被認(rèn)為是最難防治的危害。綜上所述了解研究區(qū)日本落葉松土壤真菌多樣性特征,能夠趨利避害,為日本落葉松土壤質(zhì)量的提高,人工林群落的可持續(xù)發(fā)展提供參考和幫助。1一般試驗(yàn)和研究方法1.1土壤條件及土壤類型甘肅天水小隴山地處中國(guó)亞熱帶與暖溫帶的過渡地帶,是我國(guó)黃土、蒙新和青藏三大高原生物區(qū)系相互滲透、交匯區(qū)。試驗(yàn)地位于天水秦城區(qū)沙壩境內(nèi),地理坐標(biāo)北緯34°07′～34°24′,東經(jīng)105°42′～106°00′,海拔一般在1400-2000m,屬大陸性季風(fēng)氣候,年均溫5.2-12.9℃,最低氣溫-23℃,最高氣溫39℃,大于等于10℃的年積溫為3359.5℃;年均降水量673.0mm,年蒸發(fā)量1290.5mm,濕潤(rùn)度0.41,相對(duì)濕度約68%;最大凍土深度37cm。土壤類型主要是山地褐土和山地棕壤。山地褐土分布在海拔1600m以下的森林、灌木林及農(nóng)田等處,是本區(qū)地帶性典型土壤。土壤腐殖質(zhì)含量少,呈中性、微堿性,通氣良好,肥力較低;山地棕壤分布在海拔1600m以上的陰坡、半陰坡。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1樣地設(shè)置與樣品采集根據(jù)甘肅小隴山日本落葉松實(shí)際栽種情況,在小隴山工作人員的指導(dǎo)下于2008年7-8月選擇沙壩地區(qū)日本落葉松人工林(林齡6-35年),不同海拔,坡度處隨機(jī)設(shè)置10個(gè)日本落葉松人工林樣地,樣地面積為600m2(20m×30m),利用9點(diǎn)采樣法垂直采集0～20cm的土壤。每個(gè)土壤采集1000g,無菌袋收集,迅速帶回實(shí)驗(yàn)室冰箱中(0～4℃)保存。樣地概況(表1)1.2.2稀釋液的接種與鑒定選用PDA培養(yǎng)基,稀釋平板法分離計(jì)數(shù),以稀釋度為10-1～10-3的土壤稀釋液接種,且每一處理3個(gè)重復(fù),接種后置于25～28℃培養(yǎng)箱培養(yǎng),3～25d內(nèi)鏡檢,鑒定方法參考文獻(xiàn)。1.2.3有機(jī)質(zhì)和速率養(yǎng)分的測(cè)定全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定,酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定全磷,火焰光度計(jì)法測(cè)定全鉀,酸度計(jì)法測(cè)定pH,使用TFC-智能普及型土壤化肥速測(cè)儀進(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的測(cè)定。1.2.4林下土壤真菌群落多樣性采用Shannon指數(shù)HP和Simpson指數(shù)D對(duì)日本落葉松人工林地土壤真菌群落多樣性進(jìn)行分析研究。Shannon指數(shù)HP=-∑PilnPiSimpson指數(shù)D=1-∑Pi2式中:Pi為第i屬的多度比例,Pi=ni/N,其中,N=∑ni,為全部屬的菌株數(shù)之和。2結(jié)果與分析2.1土壤真菌優(yōu)勢(shì)種屬構(gòu)成從表2可以看出,各采樣點(diǎn)中真菌種類和數(shù)量組成均有較大差異,真菌總量平均值為8.06×104CFU/g干土,數(shù)量較少。在進(jìn)行采樣的10塊樣地中6號(hào)樣地真菌最多,為1.66×105CFU/g干土;4號(hào)樣地最少為0.07×105CFU/g干土。根據(jù)相對(duì)密度大小可知,不同樣地優(yōu)勢(shì)菌屬數(shù)量不同,如1、3、6號(hào)樣地以青霉屬(Penicillium)、毛霉屬(mucor)、曲霉屬(Aspergillum)和根霉屬(Rhizopus)等組成共優(yōu)勢(shì)菌屬;而7、8、10號(hào)樣地以青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillum)和根霉屬(Rhizopus)為共優(yōu)勢(shì)菌屬;2、4、9號(hào)樣地則以青霉屬(Penicillium)和曲霉屬(Aspergillum)為優(yōu)勢(shì)菌屬;5號(hào)樣地以青霉屬(Penicillium)和根霉屬(Rhizopus)為優(yōu)勢(shì)菌屬。土壤真菌優(yōu)勢(shì)種屬的構(gòu)成具有相似性,絕大多數(shù)屬于土壤中常見的半知菌類和接合菌類。青霉屬(Penicillium)和曲霉屬(Aspergillum)作為優(yōu)勢(shì)菌幾乎在所有樣地內(nèi)出現(xiàn),分離頻度均為1,分別在90%土壤樣品和70%土壤樣品中存在,且在此次研究中在所有樣地中所占比例較大,說明該區(qū)日本落葉松人工林栽培方式適合這些能耐受干旱、貧瘠等惡劣環(huán)境條件的物種青霉屬、曲霉屬的生長(zhǎng),導(dǎo)致該區(qū)土壤中青霉屬和曲霉屬的增多,或許反映該區(qū)整體土壤質(zhì)量不高;根霉屬(Rhizopus)和毛霉屬(mucor)為次優(yōu)勢(shì)菌,分離頻度較高。不同樣地不同菌屬數(shù)量的差異較大,其中青霉屬(Penicillium)最高的占真菌總量的81.317%,最低的為28.81%;曲霉屬(Aspergillum)所占最高比例47.34%,最低為6.32%。2.2指數(shù)和simpson指數(shù)圖1表明:Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)反映出基本一致的真菌多樣性趨勢(shì),且擬合程度較好。1號(hào)樣地Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)最高,分別為1.37與0.71;4號(hào)樣地最低,分別為0.51和0.33。Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)在6-9號(hào)樣地變化較為平緩,其他樣地變化較大。說明該地區(qū)土壤真菌菌屬組成變化較為明顯,同一林場(chǎng)不同監(jiān)測(cè)區(qū)土壤質(zhì)量差異可能較大,或者由于林分所處的環(huán)境條件差異,相應(yīng)的組成和結(jié)構(gòu)不同,導(dǎo)致物種多樣性差異較大,也可能與土壤質(zhì)量退化有關(guān)。2.3土壤理化性質(zhì)與土壤ph值、有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系表3數(shù)據(jù)表明,影響土壤真菌數(shù)量的因素依次為土壤pH值>土壤有機(jī)質(zhì)>全鉀>水分>有效氮>有效磷>全磷>全氮>有效鉀。土壤真菌均與土壤pH值在一定范圍內(nèi)呈極顯著負(fù)相關(guān)(R=-0.773),與真菌喜歡偏酸性的生長(zhǎng)環(huán)境相一致;與有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(R=0.772);與全鉀呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(R=0.728);根霉屬、青霉屬和曲霉屬與有機(jī)質(zhì)皆呈現(xiàn)極顯著相關(guān),此次分離鑒定出的真菌菌屬都與有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)出密切的相關(guān)性,一定程度上說明富含有機(jī)質(zhì)的土壤為土壤真菌的生長(zhǎng)提供了較好的條件。3不同時(shí)地土壤真菌多樣性分析(1)天水小隴山李子林場(chǎng)日本落葉松人工林土壤真菌數(shù)量總體較少,總量平均值為8.06×104CFU/g干土,且不同地區(qū)真菌數(shù)量波動(dòng)較大。十個(gè)樣區(qū)土壤真菌優(yōu)勢(shì)種屬的構(gòu)成有相似性,絕大多數(shù)屬于土壤中常見的半知菌類和接合菌類,在真菌所有屬當(dāng)中,青霉屬(Penicillium)和曲霉屬(Aspergillum)出現(xiàn)的頻率最高,作為優(yōu)勢(shì)菌幾乎在所有樣地內(nèi)出現(xiàn),且所占真菌總量比例較大,但根據(jù)其菌屬特性分析可能表明了該地區(qū)落葉松人工林土壤質(zhì)量不良,可能存在土壤肥力較低,或者與人為干擾有關(guān)。(2)文中調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)日本落葉松人工林土壤真菌豐富度較低,分離出的菌屬構(gòu)成較為單一,真菌數(shù)量較少。同一林場(chǎng)不同樣地Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)波動(dòng)較大,兩個(gè)指數(shù)變化趨勢(shì)基本一致,且擬合程度較好,數(shù)據(jù)分析結(jié)果符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,表明Shannon指數(shù)和Simps